免震構造의 振動調節效果에 관한 硏究
저자
발행사항
부산: 동아대학교, 1997
학위논문사항
학위논문(석사)-- 동아대학교 대학원 : 건축공학과 1997
발행연도
1997
작성언어
한국어
주제어
DDC
720
발행국(도시)
대한민국
형태사항
80 p.: 삽도; 27 cm
소장기관
동적하중의 작용으로부터 구조물이 손상되는 것을 방지하고 안전성을 확보하기 위한 다양한 진동조절방식 및 조절장치에 대한 연구가 활발히 전개되어 왔다. 외부조건이나 환경에 관계없이 마찰, 감쇠 또는 관성을 이용하여 건물의 진종을 조절하는 여러 종류의 수동 조절장치가 고안되고 있으며 능동조절에 비하여 비용이 상대적으로 저렴하여 일반적으로 널리 사용되고 있다.
수동조절 방식의 하나인 지반면진구조(Base-Isolated Sytem)는 높은 수직 강성과 수평 유연성을 가지는 지반면진장치를 기초구조물과 지반사이에 설치하여 구조물과 지반을 동적으로 분리하여 구조물에 입력되는 지진의 영향을 감소시키는 방법으로 많은 구조물에 다양한 방식으로 적용되고 있다.
지반면진구조의 기본 개념은 구조물에 발생하는 진동의 직접적인 원인이 되는 동적에너지를 지반면진장치가 흡수, 발산하는데에 있다. 이 때 기초구조물에는 큰 변위가 발생되더라도, 구조물에 전달되는 진동의 영향을 감소시켜, 상부의 구조물은 강체와 같은 거동하게 하는 것이다. 따라서 층간변위의 감소와 구조물내의 각종 설비를 보호하는 데에 효과적이면 면진구조의 효율성에 대한 더욱 광범위한 연구와 실용화가 진행되고 있다.
본 연구는 지반면진구조의 진동조절효과를 검토하는 것으로 지진하중에 대한 조절효과와 더불어 풍하중에 대한 조절효과도 함께 고찰하였다. 각 입력하중에 대한 지반면진구조의 진동조절 특성을 기초구조물에 대한 구조물의 질량비, 진동수비, 감쇠비의 함수로써 불확정해석에 따라 검토한 결과 지반면진구조의 진동 조절효과는 다음과 같이 정리될 수 있다.
1. 지반면진구조의 진동조절 효과는 구조물과 기초구조물, 진동수비, 질량비, 감쇠비 그리고 기초구조물의 감쇠율에 따라 결정된다.
2. 구조물의 변위는 지진하중 또는 풍하중이 작용하는 모든 경우에 진동수비와 질량비의 증가 그리고 감쇠비의 감소에 따라 감소한다. 진동수비가 1.0에 가깝고 질량비가 작은 경우 구조물의 변위는 풍하중의 경우에는 감소하는 경향을 보이나 지진하중의 경우는 오히려 증가하는 것으로 나타난다.
3. 구조물의 가속도는, 지진하중의 경우에는 구조물 변위조절특성과 유사하게 감소하나, 풍하중이 작용할 때 기초구조물의 진동수가 큰 경우 구조물의 가속도가 크게 증사하는 현상이 나타난다.
4. 기초구조물의 변위는 질량비, 진동수비, 감쇠비의 증가에 따라 같이 증가하고, 지진하중이나 풍하중 모두에서 유사한 진동조절특성이 나타난다. 기초구조물의 변위는 구조물의 조절 변위가 감소될수록 반대로 증가하며 비조절 구조물 변위 보다 훨씬 큰 변위가 발생한다.
5. 기초구조물의 가속도는 지진하중과 풍하중 모두에서 비조절 구조물 가속도와 거의 같은 크기 또는 그 이하로 발생한다. 그러나 풍하중이 작용할 때 기초구조물의 진동수가 큰 경우 기초구조물의 가속도는 크게 증가한다.
6. 지반면진주로를 사용할 때 구조물에 전달되는 진동의 영향이 감소되는 것은 기초구조물의 큰 변위로 인하여 에너지가 흡수, 발산되기 때문인 것으로 보인다.
Many methods have been proposed for achieving optimum performance of structures that subjected to earthquake excitation. The conventional approach requires that structures resist earthquakes through a combination of strength, deformability, and energy absorption. The use of base- isolated system has been attracted considerable attention recently. The main concept of base-isolated system is to protect buildings by prevention of the most earthquake force of the ground from being transmitted to the buildings. This results in a significant reduction in floor accelerations and inter-story drifts, thereby providing protection to the building contents and components.
In this paper, vibration control effectiveness of base-isolated system for building's response under earthquake or wind load are investigated through some parameters by stochastic analysis. Based on the presented study, the following conclusions may be drawn.
1. The vibration control effectiveness of a base-isolated system depends on γ,μ,η and ξ_(1).
2. The displacement of the structure subjected to earthquake load or wind load are reduced quite significantly by using base-isolated system with large frequency ratio, mass ratio and small damping ratio. When the frequency ratio Is nearly equal to unity with small mass ratio, the structure displacement decreases under wind load but it increases under earthquake load.
3. Base-isolated system reduces structure acceleration with the same manner in reducing structure displacement But a major inclose in base frequency resulted in large increase in structure acceleration uner wind load.
4. Base-isolated system with large frequency ratio, mass ratio and damping ratio produces targe displacement of the base. Control effects on base displacement under both earthquake and wind load show very similar properties.
5. Base accelerations produced under both earthquake and wind load are equal to or less than uncontrolled structure acceleration. But the acceleration of base to wind load rapidly increases for large value of base frequency.
6. Vibrations transmitted to structures seems to be mitigated through the energy absorption and dissipation capability of base-isolated system.
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